Cours BA ST2 chap 2

Chap.2 Matériaux du béton armé 1 [e-mail]
2. Les Matériaux du Béton Armé
2.1 Le Béton (A.2.1)
Le béton est un mélange de ciment, de granulats, d’eau et éventuellement d’adjuvants défini par des
normes (y compris pour l’eau…).
Ciments
La production annuelle est en France d’environ 20 millions de tonnes (www.infociments.fr)
On distingue différents types de ciment et différentes classes de résistance.
Classes Définition
CEM I Ciment Portland
CEM II Ciment Portland composé (au laitier, fumée de silice,
pouzzolane, cendres volantes, schistes calcinés, calcaire)
CEM III Ciment de haut fourneau
CEM IV Ciment pouzzolanique
CEM V Ciment composé (laitier, cendres)
Normal (N) Rapide (R) Résistance
minimale A 2 jours A 28 jours A 2 jours A 28 jours
Classe 32,5 / 32,5 ≥ 10 32,5
Classe 42,5 ≥ 10 42,5 ≥ 20 42,5
Classe 52,5 ≥ 20 52,5 ≥ 30 52,5
Bétons
Un béton est défini par un certain nombre de critères et sera caractérisé par des performances dont
la résistance n’est qu’un des aspects.
La norme EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, y compris ceux réalisés sur chantier,
contrairement à la norme NF-P-18.305 qui ne s’appliquait qu’aux bétons prêts à l’emploi. Les Béton
prêts à l’emploi (B.P.E) sont fabriqués industriellement avec les avantages que cela comporte
(matériaux stockés correctement, dosages précis (l'ajout d'eau dépend de la teneur en eau des
granulats), contrôles systématiques des composants, régularité des caractéristiques du produit…)
On voit sur la marché, au travers du réseau des usines de Béton Prêt à l'Emploi, des bétons de
résistance très élevée, regroupés sous le terme de Bétons à Hautes Performances.
En fait ils recouvrent une vaste gamme de bétons; une classification est proposée en fonction de
leur résistance, mais ne pas perdre de vue que le mot "performance" englobe des caractéristiques
diverses :
• densité
• porosité
• perméabilité ou résistance à la
pénétration de l'eau
• résistance aux agents agressifs
extérieurs (chimiques notamment)
• résistance aux cycles gel- dégel et au
sels de déverglaçage
• résistance à l'abrasion
• tenue au feu
• déformabilité
• retrait, fluage
• maniabilité
• développement accéléré de la
résistance
• hydratation retardée
• teneur en air (air entraîné et occlus)
• résistance à la compression (qui n’est
que l'une d'entre elles).

Chap.2 Matériaux du béton armé 2 [e-mail]
Il existe au sens de la norme, trois types de béton :
- Les BCP- Bétons à Composition Prescrite
- Les BPS- Bétons à Propriétés Spécifiés
- Les BCPN- Béton à Composition Prescrite dans une Norme
Pour les BCP Bétons à Composition Prescrite, la composition et les constituants à utiliser sont
spécifiés au producteur par le client prescripteur. Le fournisseur n’est responsable que du respect
de la formulation donnée par l’utilisateur. Ils ne doivent donc être commandés que par des
prescripteurs réellement compétents dans la formulation des bétons.
Pour les BPS Bétons à Propriétés Spécifiés, les spécifications sont les suivantes :
o Exigence de conformité à la norme EN 206-1
o Classe de résistance
o Classe d’exposition
o Dimension maximum des granulats
o Classe de consistance
o Classe de teneur en chlorures
o Exigences complémentaires (Prise retardée, résistance à l’abrasion, au gel dégel, aspect…)
Exemple :
Critères de spécification des BPS
Classes de
résistance
Notée par exemple C
25/30
, (C comme Concrete), 25 représente la résistance en
compression en MPa à 28 jours sur cylindre 16/32 et 30 celle sur cube 15/15/15.
Il existe de nombreuses classes allant de C
8/10
à C
100/115
. Les plus courantes étant
C
20/25
et C
25/30
Classes
d’exposition
 Xo = Absence de risque de corrosion ou d’attaques
 Xc = Corrosion par carbonatation
 X
D
= Risque de corrosion par chlorures autres que
sel de mer (Sels de déverglaçage, piscines …)
 Xs = Corrosion par chlorures provenant de la mer
 X
A
= Attaques chimiques
 X
F
= Attaques gel dégel
Classes de
consistance
 S
1
: De 10 à 40 mm (± 10 mm)
 S
2
: De 50 à 90 mm (± 20 mm)
 S
3
: De 100 à 150 mm (± 30 mm)
 S
4
: De 160 à 210 mm ( ± 30 mm)
 S
5
: > 220 mm ( ± 30 mm)
Classes de
teneur en
chlores
 CL
0,20
= Pour le béton précontraint (un peu trop permissive),
 CL
0,40
= Pour le béton armé courant,
 CL
0,65
= Pour le béton avec ciment CEM III,
 CL
1,00
= Pour le béton non armé.
Où 0,20 correspond au % de chlorures autorisés par rapport au poids de ciment
Béton à
propriétés
spécifiées
BPS
-
NF EN206
-
1
C
25/30
XC
1
(F) D
max
16 S
3
CL
0,40
Norme de
référence
25MPa sur
éprouvette
16-32
Classe d’exposition (France)
Sec ou humide en permanence
(intérieur des bâtiments ou
immersion permanente dans l’eau)
Dimension maxi
du granulat en
mm
Classe de consistance (ou
d’affaissement au cône) S3 :
béton plastique (100 à 150mm)
Classe de chlorure
0-40 : béton contenant des
armatures en acier ou des
pièces métalliques noyées

Chap.2 Matériaux du béton armé 3 [e-mail]
Caractéristiques mécaniques .
Le béton est caractérisé par une bonne résistance à la compression f
cj
et une résistance médiocre
en traction f
tj
. Un module d'Young qui prend deux valeurs selon que l'on considère des
déformations instantanées E
ij
ou des déformations à long terme, déformations différées, E
vj
.
Essais de laboratoire
Expérimentalement la résistance à la
compression se mesure le plus souvent sur des
éprouvettes cylindriques de diamètre 16cm et
de hauteur 32cm.
La résistance à la traction s’obtient soit par
essai de traction par fendage (dit essai
Brésilien) soit par un essai de flexion sur
éprouvette prismatique.
Fig.2.1 Essais de compression et de traction sur éprouvettes 16x32
Résistance à la compression (A.2.1,1)
Dans les cas courants, un béton est défini par une valeur de sa résistance à la compression, à l'âge
de 28 jours, dite "valeur caractéristique requise". Cette résistance se mesure par des essais de
compression simple sur éprouvettes cylindriques de section 200 cm
2
et de hauteur double de leur
diamètre (les éprouvettes sont dites "16-32").
Elle est notée f
c28
et s'exprime en MPa et correspond dans la norme à la valeur de la résistance au
dessous de laquelle peuvent se situer au plus 5% de la population de tous les résultats des essais
sur éprouvette 16x32. Cette résistance caractéristique est donc bien inférieure à la valeur moyenne
des résultats d’essai.
Cette résistance varie en fonction de l'âge du béton et le règlement donne des lois d'évolution de fcj
(résistance en compression à j jours) en fonction de l'âge "j" en jours.
Fig.2.1.b Evolution de la
résistance en compression d’un
béton en fonction de son âge
Pour des bétons non traités thermiquement, on admet (BAEL):
f
c28
≤ 40 MPa f
cj
= j.f
c28
/(4,76+0,83j)
J ≤ 28 f
c28
> 40 MPa f
cj
= j.f
c28
/(1,40+0,95j)
J = 28 f
cj
= f
c28
pour les calcul de résistance
28 < J < 60 f
cj
= j.f
c28
/(4,76+0,83j) pour les calculs de déformation
J > 60
f
c28
≤ 40 MPa f
cj
= 1,1.f
c28
pour les calculs de déformation
Age (jours)
f
cj
résistance en compression
f
c28
28

Chap.2 Matériaux du béton armé 4 [e-mail]
Résistance à la traction du béton (A.2.1,12)
La résistance à la traction du béton à j jours, notée f
tj
et exprimées en MPa est définie
conventionnellement par la relation
f
tj
= 0,6 + 0,06. f
cj
si f
c28
< 60MPa et f
tj
= 0,275.f
cj2/3
si 60< f
c28
< 80MPa
Quelques valeurs
Déformations longitudinales du béton (A.2.1,2)
Un essai de compression simple sur éprouvette 16x32 permet d'obtenir le diagramme expérimental
"contrainte - déformation" du béton ci-dessous. Réglementairement, on applique des coefficients de
sécurité sur la résistance du béton et le diagramme qui sera utilisé pour les calculs à l'ELU (Etats
Limites Ultimes) sera le diagramme dit "de calcul" (voir chapitre 4, § 4.1). La résistance de calcul à
la traction sera négligée.
Le béton est un matériau fragile (par opposition à ductile), il se déforme peu avant rupture.
La loi de comportement fait apparaître une zone élastique (quasiment linéaire) et une zone
plastique.
ε
bc2
= 3,5.10
-3
si f
cj
< 40MPa et ε
bc2
= (4,5 – 0,025.f
cj
).10
-3
si f
cj
> 40MPa
Fig.2.2 Diagramme expérimental et diagramme de calcul du béton
f
bu
= 0,85.f
cj
/(θ
θθ
θ.γ
γγ
γ
b
) est la résistance en compression pour le calcul à l’ELU avec :
θ
θθ
θ = 1 pour les charges appliquées plus de 24h (0,9 entre 1 et 24h et 0,85 si < 1h)
γ
γγ
γ
b
= 1,5 à l’ELU normal et 1,15 à l’ELU accidentel.
Un élément de béton comprimé admet dès l'application de la charge une déformation instantanée.
Mais au cours du temps, cette déformation va continuer à croître du fait du fluage (déformation dans
le temps, sous charge constante) et sera même trois fois plus importante que la déformation
instantanée.
f
c28
[MPa] 20 25 30 40 60 80
f
t28
[MPa] 1,8 2,1 2,4 3 4,2 5,1
σ
σσ
σ
bc
2.10
-3
ε
bc2
ε
εε
ε
bc
Diagramme réel
Diagramme réglementaire
de calcul à l’ELU
f
cj
f
bu
= 0,85.f
cj
/(
θ
.
γ
b
)
f
tj
Faible résistance
en traction

Chap.2 Matériaux du béton armé 5 [e-mail]
Fig.2.3 Déformations instantanée et différée (due au fluage)
Déformations instantanées Déformations différées
Sous des contraintes normales
d'une durée d'application
inférieure à 24 heures, on admet
à l'âge de j jours, un module de
déformation instantanée du
béton de:
E
ij
= 11000.f
cj1/3
Les déformations différées du béton comprennent le retrait et
le fluage. Le module de déformation différée correspondant à
des charges de longue durée d'application (réglementairement
plus de 24 heures) est:
E
vj
= 3700.f
cj1/3
si f
cj
< 60MPa
E
vj
= 4400.f
cj1/3
si 60< f
c28
< 80MPa, sans fumée de silice
E
vj
= 6100.f
cj1/3
si 60< f
c28
< 80MPa, avec fumée de silice
avec f
cj
en MPa et pour les bétons à haute résistance, sous réserve que la
proportion volumique de granulat soit supérieure à 66%.
Quelques valeurs en MPa
f
c28
E
ij
E
vj
25 32160 10820
30 34180 11500
40 37620 12650
60 43060 17220
80 47400 18960
Retrait
Le raccourcissement unitaire ( ε
εε
ε ) du au retrait, dans le cas de pièces non massives à l'air libre est
estimé à : (ces valeurs tiennent compte d'un pourcentage moyen d'armatures).
1,5.10
-4
Dans les climats très humides
2.10
-4
Dans les climats humides (France sauf quart Sud Est)
3.10
-4
Dans les climats tempérés secs (quart Sud Est de la France)
4.10
-4
En climat chaud et sec
5.10
-4
En climat très sec ou désertique
Remarque 1. Pour limiter les effets du retrait dans les dalles de grandes dimensions la phase de
bétonnage s’effectue parfois en laissant des lacunes de coulage qui seront coulé plusieurs
semaines plus tard, une fois l’essentiel du retrait effectué.
Remarque 2. Dans les dallages des joints (parfois sciés) sont
réalisés pour que les fissures de retrait se trouvent localisés en
fond de joint, et donc invisibles.
Temps
ε
εε
ε
bc
3
1
Déformation instantanée
Déformation de fluage
Déformation permanente
Retour de fluage
Retour élastique